Istituto Ortopedico del Mezzogiorno d'Italia - Messina
Direttore : Prof. F. Faggiana
AZIONE DELL'ENERGIA ULTRASONORA SULLE AFFEZIONI
OSSEE DA COCCHI
Nota preliminare.
di
LUIGI EMANUELE
ENZO TEDESCO
Nel campo dei moderni mezzi di terapia fisica, la energia ultrasonora occupa un posto assai preminente.
Il successo, rilevato da innumerevoli ricercatori, circa l'effetto favorevole in ogni campo della medicina ed insieme i dissensi e le limitazioni, che pari passo hanno accompagnato il sorgere e l'affermarsi
della terapia ultrasonica, ci hanno suggerrito l'idea di applicare gli
U.S. nella terapia delle osteomieliti da cocchi e di approfondire con
ricerche sperimentali il dibattuto problema dell'azione microbicida
dell'U.S. stesso.
ESPERIENZE IN VIVO
Abbiamo preso in esame n. 15 soggetti effetti da osteomieliti in
fase acuta o con riacutizzazione in atto, con localizzazioni varie agli
arti. In questi pazienti si è proceduto dapprima allo isolamento ed alla
identificazione della flora baterica. (Tabella I).
I pazienti son stati divisi in due gruppi a seconda che essi presentassero una osteomielite acuta in forma chiusa e di data recente
(con inizio da 10 a 30 giorni prima) riuniti in un gruppo, ovvero una
forma aperta cronicizzata con riacutizzazioni in atto (gruppo II). In
questo secondo gruppo sono stati compresi anche i soggetti che, pur
non presentando all'atto dell'esame fistolizzazioni. lasciavano prevedere, per il decorso precedente dell'affezione, una apertura all'esterno
del focolaio osteomielitico e presumibilmente una etiologia da flora
polimorfica.
La tecnica dell'esame batteriologico è stata eseguita per puntura
del focolaio con aspirazione con tre quarti sotto controllo riadioscopico, con due modalità:
a) Direttamente sul pus nelle forme con iniaziale colliquaziane.
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b) Indirettamente sul liquido di lavaggio inietatto nel focolaio
osteomielitico.
Il liquido di lavaggio (2 cc. di soluzione fisiologica) subito dopo
l'immissione veniva aspirato e serviva per l'esame batteriologico.
Questa seconda modalità è stata anche applicata ai pazienti con
osteomielite fistolizzata aggredendo il focolaio nelle vicinanze del tramite fistoloso ad evitare inquinamenti secondari.
Al prelievo è succeduto un esame preliminare batterioscopico e
quindi si è proceduto ad isolare i germi col metodo della diluizione
in massa su agar-sangue in piastre.
Contemporaneamente si stabiliva con il metodo delle diluizioni
scalari in terreni liquidi (brodo-sangue) la densità della popolazione
batterica globale, tanto del pus che del liquido di lavaggio.
Dalla diluizione minima in cui non si verificava lo sviluppo batterico si risaliva al titolo corrispondente e quindi, con discreta approssimazione, alla concentrazione batterica totale per cc. di pus o di
liquido di lavaggio (vedi tabella I).
La identificazione della flora batterica è stata praticata con i
mezzi usati in batteriologia: ottenuto l'isolamento su piastra in agarsangue si è proceduto all'esame morfologico delle colonie, alla semina
in terreni adatti con apprezzamento di eventuale proprietà cromogene,
a prove di formazione ecc.
Per lo scopo imposto al nostro lavoro, ci si è astenuti di approfondire l'esame dei singoli ceppi batterici con tipizzazione sierologica.
I risultati dell'esame della flora batterica appaiono anch'essi nella tabella I che comprende 15 casi diversi, come si è detto in 12
gruppi.
I quindici pazienti sono stati trattati con ultrasono-terapia con
applicazioni giornaliere ad intensità variabile da 0,5 W per cmq. a 2 W
per cmq. mediante micromassaggio della cute in corrispondenza dei
focolai settici e con esercizio continuo per un periodo che va da 20 a
40 giorni.
In alcuni dei pazienti, già sottoposti a cicli di antibiotici (penicillina, tetracicline, erittrocina) il medicamento è stato somministrato
anche durante il periodo della nostra esperienza.
Da notare che prima del trattamento ultrasonoro la terapia antibiotica aveva dato a questi soggetti effetti ineostanti e transitori,
specie per quanto riguarda la penicillina.
I risultati ottenuti sono stati soddisfacenti.
I segni obiettivi e di laboratorio hanno denunciato un netto miglioramento dell'affezione concordemente con i risultati degli esami
radiografici praticati periodicamente. La curva termica è diminuita in
tutti i pazienti e nello spazio di 10-20 giorni la temperatura ha raggiunto valori normali. Il sintomo dolore è regredito di pari passo veri-
Azione dell'energia ultrasonora sulle affezioni ossee da cocchi
Similmente con l'attenuarsi della flogosi. L'edema locale è scomparso
sin dalle prime applicazioni.
In due casi del primo gruppo (11 e 12) non abbiamo riscontrato
un effetto decisamente e precocemente favorevole: in questi due casi
abbiamo evidenziato chirurgicamente una delimitazione sottoperiostea
dell'infiltrato con perdita delle normali connessione neurovascolari
periostee.
TABELLA
I
Dal punto di vista ematico, in tutti i casi, si è avuta una rapida ripresa della crasi con normalizzazione del numero dei globuli
rossi, prima notevolmente diminuiti, e della velocità di eritrosedimentazione. Si è notato di pari passo una diminuzone della leucocitosi
neutrofila, prima molto marcata e dopo qualche mese un ritorno ad
una formula leucocitaria normale.
Per quanto riguarda l'esame ed i controlli batteriologici, essi sono stati eseguiti ogni 10 giorni. I risultati sono riassunti nella tabella II.a.
Come risulta chiaro dall'esame della tabella già dopo 10 giorni
di trattamento le flora batterica si riduceva, nel maggior numero dei
casi, quantitativamente; dopo 40 giorni i prelievi eseguiti sempre con
la medesima modalità, davano una sterilità del pus o del liquido di
lavaggio in 12 casi su 15.
Dopo 120 gorni dall'inizio della terapia ultrasonora e pur essendo quest'ultima interrotta in 40a - 50a giornata, lo stafilococco
prima reperito non veniva più riscontrato, eccezion fatta per tre casi
nei quali si aveva ancora la persistenza del germe patogeno.
T A B E L L A II
Controlli batteriologici sul pus e sul liquido di lavaggio di focolai osteomielitici trattati con ultrasuoni.
Il segno — indica negatività delle semine.
Il segno + è in rapporto alla popolazione batterica per cc. di pus o di liquido di lavaggio:
+ + + + indica densità superiore a 106
+ + + — indica densità compresa tra 106 e 104
+ + — — indica densità compresa tra 104 e 102
+ — — — indica densità inferiore a 102
Azione dell'energia ultrasonora sulle affezioni ossee da cocchi
La quasi costante positività degli esperimenti in vivo ci ha spinti
a domandarci se l'effetto degli U.S. si potesse riferire ad una azione
selettiva batterica. E' indubbio che i risultati riportati dalla letteratura e riguardanti ricerche in vitro ci orientino verso l'ipotesi di una
azione diretta degli ultrasuoni sui microrganismi. I primi studi, che
risalgono al 1917 (LANGEVIN), misero in luce l'azione biologica degli
ultrasuoni sui microrganismi, furono seguiti da una massa di lavori, più o meno importanti, ma tutti fondamentalmente ammettenti una
azione essenzionale degli ultrasuoni sui microrganismi stessi.
Con i nostri esperimenti in vitro abbiamo voluto separare l'azione
puramente selettiva degli ultrasuoni sui batteri da quella che è la risposta tissulare ad una eventuale azione biologica dell'energia stessa.
Si può tuttavia ammettere che l'esaltazione delle difese immutarie
locali sia determinata, in minima parte, dalla liberazione in situ di
sostanze antigeni e di degradazione batterica per effetto dell'energìa
ultrasonora.
Con questo si pone in evidenza una azione diretta, ed indiretta
nello stesso tempo, dell'energia.
Le ricerche di CHAMBERS e FLORSDORF (1936) e VIOLLE (1947),
documentano che con dosi relativamente basse di ultrasuoni si riesce
ad estrarre, in vitro, componenti antigeni del bacillo tifico e dello
streptococco, ecc.
Non è trascurabile inoltre l'azione di degradazione delle sostanze
proteiche, operata dall'ultrasuono sui tessuti del focolaio osteomielitico: l'assorbimento di tali sostanze potrebbe agire come una proteinoterapia aspecifica.
ESPERIENZE IN VITRO
Nelle nostre ricerche, eseguite con intenti decisamente pratici, abbiamo esaminato l'azione battericida, in vitro, dell'ultrasuono, con
modalità ed esercizio corrispondenti all'impiego nella pratica clinica.
Le esperienze sono state eseguite su ceppi di stafilococcco aureo
isolati da focolai di osteomieliti da noi trattati. La tecnica è quanto
mai semplice: giovani colture di stafilococchi venivano sospese a forte
concentrazione in soluzione fisiologica. La sospensione veniva immessa in matracci sterili di vetro con fondo sostituito con membrana di
gomma sottile. Sotto la membrana, lievemente umettata con olio di
vaselina, era appoggiata la testa dell'apparecchio di ultrasuonoterapia
di diametro pressoché uguale a quello del fondo del matraccio. Il tutto veniva sottoposto ad una corrente di acqua fredda allo scopo di evitare l'effetto termico.
Dopo l'esposizione per tempi variabili da 2 a 15 minuti e con
esercizio da 2 a 4 W per cmq., si eseguivano controlli di sterilità con
ansate prelevate dalle sospensioni batteriche.
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I risultati sono stati riassunti nella tabella n. 3.
T A B E L L A III
Risultati della irradiazione in vitro di culture di stafilococchi.
(°) II numero delle croci è in rapporto con la quantità delle colonie cresciute dalla semina di una ansata di materiale prelevato.
— Negatività della semina per il germe in esame.
Si può notare, come, per erogazione di energia ultrasonora sulla
sospensione batterica con modalità ed esercizio ideali per una possibile
azione battericida, questa non è invece presente.
E' da tenere in considerazione che le condizioni dell'esperienza
sono più favorevoli di quelle attuate in vivo, in quanto i tessuti viventi
rappresentano un mezzo non omogeneo con differente resistenza acustica specifica, che ostacola notevolmente il passaggio delle onde meccaniche.
In vitro, invece, e nelle condizioni dell'esperienza da noi adottata,
l'assorbimento dell'energia è notevolmente diminuta per la omogenità del mezzo.
Una azione battericida totale abbiano notato con esercizio da 4
W per cmq. per 5 minuti, o per 1,5 W per 15 minuti; tenendo conto
che la modalità d'impiego in questa esperienza è da equiparare in vivo al metodo con la testina fissa, appare subito chiaro che tale risultato non potrà trovare riscontro nella pratica fisioterapica, giacché
con queste dosi si avrebbe forse una sterilizzazione del focolaio ed insieme sicuramente una necrosi gravissima della parte trattata. La nostra impressione, convalidata da molti autorevoli ricercatori, è che
l'ultrasuono esplichi in vitro azione battericida utile a tempi e dosi
non utilizzabili in terapia e che, comunque, si può negare tranquillamente una sensibilità elettiva dei germi rispetto al tessuto vivente:
manca cioè, riguardo all'azione microbicida dell'ultrasuono, ciò che in
farmacologia viene chiamato « indice terapeutico ».
Il meccanismo di azione dell'energia ultrasonora ci chiarisce e
ci spiega d'altronde questi concetti. Brevemente ricorderemo che l'ultrasuono agisce sul germe soprattutto per fenomeni di cavitazione.
Il fenomeno di cavitazione si deve alla rottura della coesione del
Azione dell'energia ultrasonora sulle affezioni ossee da cocchi
liquido, dovuta alle periodiche depressioni che si producono con comparsa di cavità che contengono i gas, che vi erano disciolti: la bolla
formata dal gas subisce una contrazione nella fase successiva di compressione. Si originano così « onde di urto » con pressioni locali altissime (Bosco 1952). Al fenomeno della cavitazione si associano abitualmente altri fenomeni chimici.
E' noto infatti che dove l'acqua è polverizzata, l'aria si carica elettricamente in senso negativo e l'acqua in senso positivo. Sollevando
una superficie di acqua avviene una divisione delle cariche ed altrettanto avviene nelle bollicine che noi abbiamo considerato come caratteristiche della cavitazione.
Le cariche accumulatesi nelle pareti si scaricano nello spazio gassoso assottigliato per effetto delle forti trazioni che subiscono le bollicine e ciò da luogo al fenomeno della luminescenza. Alle scariche
gassose sono connessi effetti chimici, come formazione di ozono e di
acqua ossigenata, per cui si deve dedurre che la cavitazione è in grado
di provocare processi chimici o per lo meno di facilitarli.
FRENKEL ha accertato che i detti fenomeni possono prodursi solo
in bollicine di forma lenticolare, e ciò spiega perché la luminescenza
si manifesta solo nella cavitazione del campo ultrasonico, mentre non
è dato osservarlo nelle bollicine di cavitazione che si producono, per
esempio, all'uscita di ugelli sulle eliche delle navi.
Gli effetti della cavitazione ultrasonica si differenziano, quindi,
in maniera caratteristica dall'azione di effetti di cavitazione prodotta
in altro modo, proprio per l'evidenza dei fenomeni chimici che in essi sono prodotti.
E' logico pensare che la cellula del tessuto animale, sia, per la
sua stessa morfologia, più sensibile di un batterio all'azione lesiva di
questa azione di cavitazione.
Ciò perché la cavitazione si esplica ovviamente in modo più sensibile su un elemento vitale di grandezza maggiore, e con un'equilibrio
fisico-chimico intero più delicato, come è il caso della cellula animale
rispetto allo schizomicete.
D'altra parte una convalida indiretta alla nostra ipotesi, oltre che
dai dati sperimentali, ci viene offerta dalla diversa sensibilità all'ultrasuono da parte dei diversi batteri.
Così le ricerche di YEN e Liu (1934) ci dimostrano una resistenza
maggiore da parte dei cocchi (micrococco catarrale, stafilococco, bacollo di Pfeiffer) rispetto al bacterium, al bacillo tifico ecc.
Identica osservazione è stata fatta da AKIJAMA (1938).
E' nota poi la notevolissima resistenza alle azioni fisiche dinamiche (sbattimento, ecc.) dello stafilococco rispetto agli altri germi,
specialmente rispetto a germi bastoncellari. E' evidente che la ener-
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gia fisica dinamica, e massimamente la cavitazione, esplichi la sua
azione con maggiore effetto su un grosso germe bastoncellare, anziché su un piccolo cocco sferico, sul quale le variazioni di pressione
avranno una superficie di applicazione limitata.
E' indubbio, perciò, che le dosi terapeutiche da noi usate in vivo,
non hanno in vitro effetto battericida.
Considerato il fatto che durante il trattamento ultrasonico i pazienti erano stati sottoposti a terapia antibiotica, e che in periodi
precedenti gli antibiotici avevano sortito, da soli, negli stessi soggetti
effetto transitorio, abbiamo pensato di indagare se gli ultrasuoni potessero modificare la sensibilità dei germi, ed in ispecie dello stafilococco aureo, verso gli antibiotici.
Abbiamo a tal uopo scelto un ceppo di stafilococco aureo penicillo-resistente e ne abbiamo dosato con accurato criterio la sensibilità.
Abbiamo preferito perciò usare il metodo della diluizione scalare a
titoli noti della penicillina, in terreno nutritivo liquido, ove, quindi,
veniva insemenzato il cocco in esame.
Il brodo, che permetteva la moliplicazione del germe alla minima
concentrazione di penicillina, ci dava il limite di sensibilità.
Si è preferito usare la soluzione penicillinica a concentrazioni scalari note, per apprezzare con maggiore esattezza anche le minime modificazioni della penicilillo-sensibilità, ovviamente non sovrapponibili
alla grossolana misura dell'alone di inibizione ottenuto con l'esecuzione di uso corrente dell'antibioticogramma con pastiglie antibiotate:
questo mezzo, dovendo servire per la pratica clinica routinaria, non
può essere adatto ad apprezzamenti molto precisi della sensibilità. Il
ceppo in esame e stato quindi irradiato con energia U.S. a dosi e tempi
veriabili. Si sono eseguiti, quindi di volta in volta prove di pencillosensibilità con risultati riassunti della tabella seguente:
T A B E L L A IV
I valori nelle caselle si riferiscono alle minime concentrazioni di penicillina inibenti
la crescita dello stafilococco aureo espresse in unità Oxford per cc. di brodo.
Il segno — indica una sterilità della brodocultura per effetto dell'ultrasuono a
prescindere dall'azione antibiotica, giacché è stato riscontrato anche in controlli su brodoculture senza l'aggiunta di penicillina.
Azione dell'energia ultrasonora sulle affezioni ossee da cocchi
Come risulta dalla tabella IV si notano scarse variazioni della penicilloresistenza da parte dello stafilococco ad opera della energia
ultrasonora, con tempi e dosi comunque non interamente utilizzabili in terapia. Giacché gli esperimenti clinici hanno dato un eguale
risultato anche in soggetti non trattati con antibiotici, l'azione utile
dell'U.S. va ascritta ad altri fattori.
Abbiamo anche esteso l'indagine ad altri antibiotici (tetracicline,
eritrocina). In questi casi per esigenze tecniche abbiamo usato compressione antibiotate.
Si sono comparate cosi le variazioni della sensibilità dello stafilococco aureo in rapporto con l'azione ultrasonora.
Anche in queste prove nessuna apprezzabile variazione si è potuta riscontrare, giacché la misura dell'alone di inibizione è risultata
costante ed indipendente dall'applicazione degli ultrasuoni sul germe.
Tutto quanto è stato detto riguarda l'azione locale dell'energia ultrasonora.
Però è ormai provato che l'azione degli ultrasuoni si esplica anche attraverso sistemi generali. Sarebbe troppo lungo riferire in particolare sulle numerosissime idee dei vari Autori in proposito. Ricorderò, soltanto, che agli ultrasuoni viene riferita una azione sul sistema
neurovegetativo, che si esplica attraverso varie modalità, non esclusa una reazione neuroormonale.
Concludendo possiamo dire che, dalle nostre esperienze e sulla
base delle risultanze dei vari Autori, gli effetti favorevoli degli ultrasuoni nella terapia delle osteomieliti, si possono ricondurre a fattori locali con azioni sul tessuto e sul germe ed azioni generali sul sistema neurovegetativo. Resta il fatto (ed a noi sembra questa la conclusione più interessante) che di fronte ad una malattia di così severa
evoluzione, quale è l'osteomielite acuta, noi oggi possiamo disporre di
un potente mezzo fisico terapeutico quale è l'ultrasuono, che appare
utile completamento alla moderna terapia antibiotica.
Riassunto
Gli Autori, riferiscono gli esperimenti in vivo ed in vitro, circa l'azione
dell'energia ultrasonora sulle affezioni ossee da Cocchi.
Résumé
Les AA. décrivent les éxpériments in vivo et in vitro sur l'action de
l'energie ultrasonore sur les affections osseuses données par le Coccus.
Summary
The AA. report on the in vivo and in vitro éxpériments on the action
of ultra-sound energy on bone infections due to Cocci.
L. EMANUELE - F. SCALABRINO
Zusammenfassung
Die Verf. berichten iiber die Experimente in vivo und in vitro beziiglich
der Wirkung der Ultraschallwellen-Energie auf die Coccus-bedingten Knocheninfektionen.
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